4.第16章 集成运算放大器讲解
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3. 电容的容量受到限制,电感不能集成,故大电 容、电感和变压器均需外接;
4. 二极管多用三极管的发射结代替。
各类型号集成芯片
16.1.2 电路的简单说明
一、电路的基本组成及作用
输入级
中间级
输出级
偏置电路
输入级:要求输入电阻高,差模放大倍数高,抑制 零点漂移和共模干扰信号的能力强。都采用差分放 大电路。 中间级:要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的 共发射极放大电路构成。
(3)u 0V,u 5mV; (4)u 5mV,u 0V;
解 u
u
uo Au 0
13 2 106
65V
只要两个输入端之间的电压绝对值超过65µV, 输出电压就达到正或负的饱和值。
(1(23)u)u(4)u051V55V,muV,Vu,u,u0V5;1m0V1;V0;V;
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– – i+
+
∞ +
因为 uo=Auo(u+–u–)
uo 所以: (1) 差模输入电压约等于 0
电压传输特性
即 u+=u– ,称“虚短”
(2) 输入电流约等于 0
uo +Uo(sat)
线性区
O
u+–u–
即 i+=i–0,称“虚断”
Auo越大,运放的
线性范围越小,必须 加负反馈才能使其工
第16章 集成运算放大器
16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用 16.5 使用运算放大器应注意的几个问题
第16章 集成运算放大器
本章要求
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义; 2. 理解运算放大器的电压传输特性,理解理想
输输输出输u出出电o出电电u压2o电压压2压110055((u15o5u10o1)011)036VV1130 V63VV 5V
16.2 运算放大器在信号运算方面的应用
集成运算放大器与外部电阻、电容、半导 体器件等构成闭环电路后,能对各种模拟信号 进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、 反对数、乘法和除法等运算。
运算放大器工作在线性区时,通常要引入 深度负反馈。所以,它的输出电压和输入电压 的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构 和参数,而与运算放大器本身的参数关系不大。 改变输入电路和反馈电路的结构形式,就可以 实现不同的运算。
集成电路特点:体积小、重量轻、功耗低、可 靠性高、价格低。
按集成度 小、中、大和超大规模 集成电路分类 按导电类型 双、单极性和两种兼容
按功能 数字和模拟
16.1.1 集成运算放大器的特点
1. 元器件参数的一致性和对称性好;温度性能好, 抑制零点漂移。
2. 电阻的阻值受到限制,大电阻常用三极管恒流 源代替,电位器需外接;
运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈
高,所构成的运算电路越稳定,运算精度也越高。
3.输入失调电压 UIO 4.输入失调电流 IIO 愈小愈好 5.输入偏置电流 IIB 6.共模输入电压范围 UICM
运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值, 运放的共模抑制性能下降,甚至造成器件损坏。
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
运算放大器并掌握其基本分析方法; 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和
积分运算电路的工作原理。 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
16.1 集成运算放大器的简单介绍
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多 级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的 一种模拟集成电路。
集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之 间的联接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不 可分的整体。
偏置电路:为各级放大电路提供稳定和合适的偏置 电流,决定各级的静态工作点,一般由恒流源电路 构成。
输出级:与负载相接,要求输出电阻低,带负载能力 强,一般由互补对称电路或射极输出器构成。
输入级
中间级
输出级
偏置电路
信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
输入端
u–
u+
同相 输入端
Auo
1.理想运算放大器
+UCC
Auo, rid , ro0, KCMRR
2.电压传输特性 uo=f(ui) +Uo(sat) uo
理想特性 实际特性
线性区
u+–u–
O
饱和区
–Uo(sat)
u– u+
–+ +
uo
–UEE
线性区:
uo=Auo(u+–u–)
非线性区(饱和区):
u+>u– 时,uo=+Uo(sat) u+<u– 时,uo=–Uo(sat)
首先判断应用类型,然后利用理想运算放大 器的特征对电路进行分析。
例 F007运算放大器的正、负电源电压为±15V,
开环电压放大倍数AU0=2105,输出最大电压(即 Uo(sat))为±13V。在下图电路中分别加如下电压, 求输出电压及其极性:
u- - +
u+ +
uo
(1)u 15V,u 10V; (2)u 5V,u 10V;
–Uo(sat)
作于线性区。
4. 理想运放工作在饱和区ห้องสมุดไป่ตู้特点
电压传输特性
uo +Uo(sat)
饱和区
O
u+–u–
–Uo(sat)
(1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或 –Uo(sat) 当 u+>u– 时, uo= +Uo(sat) u+<u– 时, uo= –Uo(sat)
不存在 “虚短”现象
(2) i+=i–0,仍存在“虚断”现象
集成运算放大器的应用
1.线性应用 电路结构上存在从输出端到反相输入端的负
反馈支路,输入信号幅度足够小,以保证集成运 算放大器的输出处于最大输出电压的范围内。
2.非线性应用 电路结构上,集成运算放大器处于开环
(无反馈)或存在从输出端到同相输入端的正 反馈支路,输出总是处于饱和状态,即输出在 正、负最大值之间变化。 集成运算放大器电路分析的方法
– +
+
–UEE
uo 输出端
(a)
+UCC 输出
87 6 5 F007
12 3 4 U- U+ -UCC
(b)
集成运算放大器的管脚和符号 (a) 符号; (b)引脚
F007外形引线连接图
16.1.3 主要参数
1.最大输出电压 UOPP
能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
2.开环差模电压增益 Auo
4. 二极管多用三极管的发射结代替。
各类型号集成芯片
16.1.2 电路的简单说明
一、电路的基本组成及作用
输入级
中间级
输出级
偏置电路
输入级:要求输入电阻高,差模放大倍数高,抑制 零点漂移和共模干扰信号的能力强。都采用差分放 大电路。 中间级:要求电压放大倍数高。常采用带恒流源的 共发射极放大电路构成。
(3)u 0V,u 5mV; (4)u 5mV,u 0V;
解 u
u
uo Au 0
13 2 106
65V
只要两个输入端之间的电压绝对值超过65µV, 输出电压就达到正或负的饱和值。
(1(23)u)u(4)u051V55V,muV,Vu,u,u0V5;1m0V1;V0;V;
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– – i+
+
∞ +
因为 uo=Auo(u+–u–)
uo 所以: (1) 差模输入电压约等于 0
电压传输特性
即 u+=u– ,称“虚短”
(2) 输入电流约等于 0
uo +Uo(sat)
线性区
O
u+–u–
即 i+=i–0,称“虚断”
Auo越大,运放的
线性范围越小,必须 加负反馈才能使其工
第16章 集成运算放大器
16.1 集成运算放大器的简单介绍 16.2 运算放大器在信号运算方面的应用 16.3 运算放大器在信号处理方面的应用 16.5 使用运算放大器应注意的几个问题
第16章 集成运算放大器
本章要求
1. 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义; 2. 理解运算放大器的电压传输特性,理解理想
输输输出输u出出电o出电电u压2o电压压2压110055((u15o5u10o1)011)036VV1130 V63VV 5V
16.2 运算放大器在信号运算方面的应用
集成运算放大器与外部电阻、电容、半导 体器件等构成闭环电路后,能对各种模拟信号 进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、 反对数、乘法和除法等运算。
运算放大器工作在线性区时,通常要引入 深度负反馈。所以,它的输出电压和输入电压 的关系基本决定于反馈电路和输入电路的结构 和参数,而与运算放大器本身的参数关系不大。 改变输入电路和反馈电路的结构形式,就可以 实现不同的运算。
集成电路特点:体积小、重量轻、功耗低、可 靠性高、价格低。
按集成度 小、中、大和超大规模 集成电路分类 按导电类型 双、单极性和两种兼容
按功能 数字和模拟
16.1.1 集成运算放大器的特点
1. 元器件参数的一致性和对称性好;温度性能好, 抑制零点漂移。
2. 电阻的阻值受到限制,大电阻常用三极管恒流 源代替,电位器需外接;
运放没有接反馈电路时的差模电压放大倍数。Auo愈
高,所构成的运算电路越稳定,运算精度也越高。
3.输入失调电压 UIO 4.输入失调电流 IIO 愈小愈好 5.输入偏置电流 IIB 6.共模输入电压范围 UICM
运放所能承受的共模输入电压最大值。超出此值, 运放的共模抑制性能下降,甚至造成器件损坏。
16.1.4 理想运算放大器及其分析依据
运算放大器并掌握其基本分析方法; 3. 理解用集成运放组成的比例、加减、微分和
积分运算电路的工作原理。 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。
16.1 集成运算放大器的简单介绍
集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多 级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的 一种模拟集成电路。
集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之 间的联接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不 可分的整体。
偏置电路:为各级放大电路提供稳定和合适的偏置 电流,决定各级的静态工作点,一般由恒流源电路 构成。
输出级:与负载相接,要求输出电阻低,带负载能力 强,一般由互补对称电路或射极输出器构成。
输入级
中间级
输出级
偏置电路
信号传 输方向
实际运放开环
反相
+UCC 电压放大倍数
输入端
u–
u+
同相 输入端
Auo
1.理想运算放大器
+UCC
Auo, rid , ro0, KCMRR
2.电压传输特性 uo=f(ui) +Uo(sat) uo
理想特性 实际特性
线性区
u+–u–
O
饱和区
–Uo(sat)
u– u+
–+ +
uo
–UEE
线性区:
uo=Auo(u+–u–)
非线性区(饱和区):
u+>u– 时,uo=+Uo(sat) u+<u– 时,uo=–Uo(sat)
首先判断应用类型,然后利用理想运算放大 器的特征对电路进行分析。
例 F007运算放大器的正、负电源电压为±15V,
开环电压放大倍数AU0=2105,输出最大电压(即 Uo(sat))为±13V。在下图电路中分别加如下电压, 求输出电压及其极性:
u- - +
u+ +
uo
(1)u 15V,u 10V; (2)u 5V,u 10V;
–Uo(sat)
作于线性区。
4. 理想运放工作在饱和区ห้องสมุดไป่ตู้特点
电压传输特性
uo +Uo(sat)
饱和区
O
u+–u–
–Uo(sat)
(1) 输出只有两种可能, +Uo(sat) 或 –Uo(sat) 当 u+>u– 时, uo= +Uo(sat) u+<u– 时, uo= –Uo(sat)
不存在 “虚短”现象
(2) i+=i–0,仍存在“虚断”现象
集成运算放大器的应用
1.线性应用 电路结构上存在从输出端到反相输入端的负
反馈支路,输入信号幅度足够小,以保证集成运 算放大器的输出处于最大输出电压的范围内。
2.非线性应用 电路结构上,集成运算放大器处于开环
(无反馈)或存在从输出端到同相输入端的正 反馈支路,输出总是处于饱和状态,即输出在 正、负最大值之间变化。 集成运算放大器电路分析的方法
– +
+
–UEE
uo 输出端
(a)
+UCC 输出
87 6 5 F007
12 3 4 U- U+ -UCC
(b)
集成运算放大器的管脚和符号 (a) 符号; (b)引脚
F007外形引线连接图
16.1.3 主要参数
1.最大输出电压 UOPP
能使输出和输入保持不失真关系的最大输出电压。
2.开环差模电压增益 Auo